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柔性直流配电技术的优势及发展现状

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王坚

摘要：近年来随着国家建设的发展进步，持续大力推行节能环保政策，出现了大量以分布式电源和储能为代表的直流电源以及以电动汽车等并网负荷为代表的直流负载，使交流配电网的电源形式、负荷形式都发生了变化。本文对柔性直流配电技术的优势进行了分析，梳理了柔性直流配电的关键技术，并对柔性直流配电的发展现状进行了粗浅总结。

关键词：配电网;柔性直流配电;配电技术;发展现状

1柔性直流配电技术优势分析

直流配电技术相较于交流配电来说输电线占地面积小、耗材少，灵活性好，运行损耗也更小，其两侧交流系统无需同步运行，具有技术经济优势。

1.1柔性直流配电技术更加先进

（1）分布式电源灵活接入直流配电系统，利用直流电不存在交流电的相位和频率跟踪优势，能有效的提高分布式电源接入的灵活性和可靠性。（2）直流电不再存在交流电电能质量评价中的频率偏差和三相不平衡指标，谐波与间谐波变成文波与高频分量，电力高质量供应，电能质量问题更少。（3）柔性直流配电技术能减少变流环节，降低供电输送时间，还具备潮流动态可控和限制短路电流的能力，使系统拥有高可控性。（4）柔性直流网架结构对于交流配电系统有更加的多样性，区别交流配电的闭环设计、开环运行，有多端辐射以及环网等结构，为供电拓扑提供更多灵活设计方案。

1.2柔性直流配电技术更加经济

在快速发展的社会中，不仅电动汽车和电子设备等直流负荷增多，还有变频空调等需要直流驱动的交流负载。直流配电系统能直接向直流负荷和需要直流驱动的负荷供电，节省变流环节，降低成本和损耗。交流电压峰值大于直流额定电压且有效峰值相同时，直流配电的绝缘强度要求更低。

2柔性直流配电的关键技术梳理

在柔性直流配电技术规划中首先要严格按照国家颁布的相关标准制定电压等级，能为直流配电技术研究提供基础保障。

2.1拓扑结构的设计

拓扑结构与系统运行管理方式和控制保护策略装置有直接关系，也会影响到系统运行的经济性和可靠性，在目前阶段直流配电技术拓扑结构设计主要3个方案。单端辐射拓扑是在辐射式拓扑结构中最有代表性的设计，结构简单，在低压直流配网中运用有较高的可靠性，中压层面可靠性会降低，如图1所示。

双端辐射拓扑也成双端辐射式，两端交流系统通过变流器给直流母线提供电力输出，适用于电力负荷比较集中的区域，如图2所示。

多端环网拓扑的支流网络中有多条母线，有灵活的运行方式和较高的可靠性，一般应用于中压直流配网中，如图3所示。

2.2柔性直流配电系统的关键设备

直流配电系统中的硬件设备是故障多发区，而随着高压直流技术的发展已经有多种硬件设备得到完善，下面就能量路由器和直流变压器进行分析。能量路由器是参照网络路由器的衍生装置，转换电能接口功率流向不固定，功能多样;其应用能够使交直流混合作用得以实现，提高电力系统的灵活性和可靠性，能保证电能质量和系统运行效率，基于直流输电技术的应用和发展，能提高直流配电技术场景适应性，能促进柔性直流配电技术发展。直流变压器是通过电力电子器件完成电压等级转换，与传统的电磁感应便也起相比，能直接完成直流到直流的转换，也能通过扩展模块完成直流到交流的电压转换。换流器能够进行双向变换，方便按需求进行直流电压的升降压，扩展出各电压等级母线，构成直流配电系统，DC/DC电路可作为接口进行直流电源、负载的接入。

2.3柔性直流配电的控制保护策略

柔性直流配电的控制保护系统与高压直流输电相似，采用分层设计原则，通过分层控制来优化提高系统可靠运行。优化调度控制层实现交直流混合配电系统的经济调度和优化;集中控制层根据调度层指令选定系统中换流器工作模式，监测电网运行信息，实现换流器功率优化和电压恢复;分散自律控制层根据集中控制层指令实现换流器的控制模式和工作模式切换。直流配电的保护策略制定要按照系统典型故障及相互转换关系来配置。

3直流配电发展现状

与高压直流输电技术的发展应用类似，直流配电技术的研究应用尚处于初级阶段，故以交直流混合为基础，即基于交流配电系统发展直流配电，保证交流网架结构的不变，利用直流配电的技术优势对交流系统进行扩展和优化。直流配电技术的研究尚在起步但发展迅速，首先在电压等级方面已经发布了相关国家标准、团体标准，明確了电压等级的范围、电压等级的划分，其次在拓扑结构方面已经总结并公认了3种典型方案，再次在关键设备方面已经明确了直流配电系统为达到功能、性能目标而需要的电力电子装置，并出现了能够实现工程应用的成熟产品，而在控制保护策略方面，通过借鉴高压直流输电系统方案也出台了具有直流配电针对性的方案。另外，在国家层面，直流配电同样也列入了重点科研计划中，如2018年国家重点专项——大规模可再生能源并网消纳子课题：分布式光伏多端口接入直流配电系统关键技术和装备（共性关键技术类）。

4结束语